纳米SiO2分散稳定性能影响因素及作用机理研究

通过测定纳米SiO2水悬浮液的Zeta电位和吸光度,探讨了不同pH值、不同表面活性剂种类及浓度对纳米SiO2水相体系分散稳定性的影响,并分析其作用机理.结果表明:Zeta电位与吸光度有良好的对应关系,Zeta电位绝对值越高,吸光度越大,则体系分散稳定越好;pH值、表面活性剂种类及加入量是影响纳米SiO2水相体系分散稳定性的主要因素.pH为9～11之间时,体系Zeta电位绝对值较高,相应分散稳定性较好;非离子、阳离子和阴离子型表面活性剂随浓度变化均可改变体系Zeta电位,从而影响其分散稳定;加入适宜用量3种类型表面活性剂能得到分散稳定的悬浮液体系;若加入阴/非离子表面活性剂复配物,则能进一步提高和改善体系的分散稳定性能.     

聚乙烯亚胺对纳米SiO2空心颗粒分散行为的影响

采用在制备过程中添加聚电解质型分散剂聚乙烯亚胺(PEI)和在制备好的纳米SiO2空心颗粒水悬浮液中添加PEI并球磨这两种方法对纳米SiO2空心颗粒进行分散,并对这两种方法进行了比较,最后采用以PEI作为分散剂,利用球磨工艺,对已制备的纳米SiO2空心颗粒水悬浮液进行分散的方法,研究了PEI在纳米SiO2空心颗粒表面的吸附行为及水悬浮液的分散稳定性.结果表明,PEI在纳米SiO2空心颗粒表面的吸附提高了颗粒间的排斥势能,改善了纳米SiO2空心颗粒的团聚问题及其悬浮液的稳定性.并阐明了加入PEI后纳米SiO2空心颗粒表面ζ电位的变化趋势、不同pH值下PEI在纳米SiO2空心颗粒表面的吸附量与其加入量的关系等.     

利用多重光散射法对纳米TiO2水分散体系稳定性研究

通过多重光散射法研究了纳米TiO2水分散体系稳定性的影响因素。文章探讨了分散剂类型、pH和NaCl质量浓度对水分散体系稳定性的影响规律以及分散剂对纳米TiO2颗粒在水分散液中粒径变化、沉降的微观作用特性。结果表明：纳米TiO2颗粒的粒径在100～200 nm时易相互吸附团聚沉降,分散剂会在纳米TiO2颗粒表面吸附形成双电层,产生更大Zeta电位负值,增强颗粒间的排斥作用,减缓粒径增长和发生沉降的作用,从而提升分散液稳定性;纳米TiO2颗粒的较佳分散条件为：w(六偏磷酸钠)=0.05%,pH=9～10且不加电解质NaCl;多重光散射法与传统的吸光度测试实验所得结果基本相符。     

表面活性剂对CdSSe-H2O纳米流体稳定性影响

通过在水介质中添加纳米CdSSe粒子,制备了CdSSe-H2O纳米流体,采用Zeta电位、吸光度并结合沉降照片研究了三种表面活性剂对CdSSe-H2O纳米流体的稳定性影响。结果表明:在0.01wt%CdSSe-H2O纳米流体中,对于三种表面活性剂聚乙二醇2000(PEG2000),十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS),当其浓度分别为0.06%、0.03%和0.05%时体系的分散稳定性最好。针对阴离子表面活性剂在带负电的CdSSe颗粒上的吸附本文提出了表面活性剂离子竞争吸附理论,很好的解释了SDBS对CdSSe-H2O纳米流体的稳定性影响过程。     

表面活性剂-纳米颗粒相互作用与智能体系的构建（Ⅵ）相同电荷表面活性剂-纳米颗粒相互作用（ⅱ）——新型乳状液的稳定机制和智能化

超低浓度的离子型表面活性剂和带相同电荷的纳米颗粒能够协同稳定一种新型O/W型乳状液,其中微量表面活性剂吸附于油/水界面,使油滴表面带电,而纳米颗粒分布于连续相水膜中,增加了油滴间的距离,进而显著降低了油滴间的范德华引力作用。纳米颗粒和油滴都存在一个临界Zeta电位,高于这一Zeta电位,才能确保乳状液的稳定。对纳米颗粒而言,这一临界Zeta电位约为±18 mV,而油滴的临界Zeta电位尚待确定。使用CO_2/N_2开关型表面活性剂DDMA与纳米氧化铝颗粒组合,可以获得开关性新型乳状液。向乳状液中通入N_2,使DDMA转变为中性的烷基脒,即能解除其表面活性和油滴的Zeta电位,导致乳状液破乳;而向体系中通入CO_2使DDMA转变为阳离子,则油滴的Zeta电位恢复,又能获得稳定的新型乳状液。对用常规离子型表面活性剂构建的新型乳状液,加入带相反电荷的离子型表面活性剂,与体系中已有的离子型表面活性剂形成离子对,即可消除油滴的Zeta电位,导致乳状液破乳,而再加入微量原有的离子型表面活性剂,则油滴的Zeta电位恢复,又能得到稳定的新型乳状液。由此得到刺激-响应性新型乳状液。本讲座将介绍有关最新的研究进展。     

阳离子表面活性剂对纳米SiO2流体稳定性的影响

通过研究纳米SiO2/水纳米流体的稳定性建立了差示透光率法,并利用差示透光率法和重力沉降法研究了阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵(TrAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)对纳米SiO2流体稳定性的影响.结果表明:阳离子表面活性剂吸附在纳米SiO2颗粒表面后促使纳米流体形成凝胶,且不同阳离子表面活性剂对2.5wt％ SiO2纳米流体稳定性的影响均存在三个临界浓度C1、C2和C3,这三个临界浓度的大小与阳离子表面活性剂疏水链长密切相关,碳链越长,相应临界浓度越低,并提出了阳离子表面活性剂在纳米SiO2表面吸附后纳米颗粒之间的疏水缔合作用理论.     

颗粒稳定乳液和泡沫体系的原理和应用(Ⅳ)——颗粒与表面活性剂的协同作用对泡沫稳定性的影响

综述了颗粒和表面活性剂复配体系对气/水界面稳定性的影响。重点阐述了纳米颗粒与不同类型表面活性剂之间的协同效应及其对分散液发泡性和泡沫稳定性的影响,并且简要介绍了气/水界面上蛋白质和表面活性剂的竞争吸附效应,最后对颗粒和表面活性剂复配体系的优点进行了概括总结。     

利用多重光散射法研究纳米TiO_2水分散体系稳定性

通过多重光散射法研究了纳米Ti O_2水分散体系稳定性的影响因素。探讨了分散剂类型、p H和Na Cl质量浓度对水分散体系稳定性的影响规律以及分散剂对纳米Ti O_2颗粒在分散液中粒径变化、沉降的微观作用特性。结果表明:纳米Ti O_2颗粒的粒径在100~200 nm时易相互吸附团聚沉降,分散剂会在纳米Ti O_2颗粒表面吸附形成双电层,产生更大的Zeta电位负值,增强颗粒间的排斥作用,减缓粒径增长和颗粒沉降,从而提升分散液的稳定性;纳米Ti O_2颗粒的较佳分散条件为:w(六偏磷酸钠)=0.05%,p H=9~10且不加电解质Na Cl;多重光散射法与传统的吸光度测试实验所得结果基本相符。     

表面活性剂对二氧化硅溶胶稳定性的影响

研究了表面活性剂对二氧化硅溶胶粘度和稳定性的影响.在二氧化硅溶胶中添加不同表面活性剂,测定了该混合体系的粘度变化和稳定性,结果表明阴离子表面活性剂可以降低硅溶胶的粘度,其CMC大约在4.6×10~(-3) mol/L左右,阴离子表面活性剂可以提高硅溶胶稳定性,极值为1.43×10~(-3) mol/L.表面活性剂SDBS对溶胶粘度的影响与其在溶胶颗粒上的包覆有关,SDBS对溶胶的稳定作用是由于SDBS胶束的形成,溶胶颗粒对SDBS的吸附会降低溶胶的稳定性.阴离子和非离子表面活性剂能提高二氧化硅溶胶稳定性,而阳离子表面活性剂会降低溶胶稳定性.     

纳米Cu分散稳定性能影响因素及作用机理研究

鉴于粉体分散对纳米流体强化传热具有重要意义,通过测定纳米Cu-水悬浮液的Zeta电位和吸光度,探讨了不同pH值、不同分散剂种类及质量分数对纳米Cu-水悬浮液分散稳定性的影响,并分析其作用机理。结果表明:Zeta电位绝对值与吸光度有良好的对应关系,Zeta电位绝对值越高,吸光度越大,则体系分散稳定性越好;pH值、分散剂种类及加入量是影响纳米Cu-水悬浮液分散稳定性的主要因素。pH值为9.5左右时,体系Zeta电位绝对值和吸光度较高,相应分散稳定性较好。CTAB和SDBS能显著提高水溶液中Cu表面Zeta电位绝对值,增大了颗粒间静电排斥力,改善了悬浮液稳定性,而TX-10通过空间位阻在颗粒表面形成良好的水化膜,提高了Cu在水溶液中的分散稳定性。在质量分数为0.1%的纳米Cu-水悬浮液中,TX-10,CTAB,SDBS 3种分散剂加入质量分数分别为0.43%,0.05%,0.07%时,均能得到分散稳定的悬浮液体系。     

活性剂对颜料的分散及稳定性的研究探讨

离子型活性剂能在水溶液中电离出大量带电的离子,牢固地吸附在颜料粒子的表面,并具有相同电荷,其它带相反电荷的离子则自由扩散到液体介质的周围,形成一个带电离子的扩散层。这些带相同电荷的粒子一经接触就相互排斥,从而保持分散体系的稳定。因为表面活性剂能够定向地吸附在颜料粒子的表面,形成一种单分子吸附层,这种定向缓冲层能防止粒子间的相聚,从而保持分散体系的稳定。本文采用溶液吸附法加入离子型和非离子及高分子量的表面活性剂,在颜料的表面上形成吸附层,经过反复实验后,选择出了一种分散性能较为理想的的表面活性剂,改善了涂料贮存方面的缺点,并使涂膜便于在底材上展布,降低了涂料的生产成本和提高了生产效率。     

Effect of sodium oleate adsorption on the colloidal stability and zeta potential of detonation synthesized diamond particles in aqueous solutions

Surface properties of a nanometer-scale diamond prepared from detonation synthesis were discussed and the dispersion of this nanodiamond (ND) in aqueous solutions was actualized utilizing the method of mechanochemical treatment (MCT). While preparing a stable suspension in alkaline aqueous media, the addition of an anionic surfactant, sodium oleate (SO), can increase the absolute value of ND surface zeta potential, strengthen the electrostatic stabilization and improve the hydrophilicity of the particles. Mechanisms of the surfactant adsorption on ND surface were investigated using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and the measures of particle size, surface potential and adsorption capacity of SO on particle surface. Interactions of electrostatic, hydrogen bonding, hydration, and hydrophobic have influence on the adsorption behavior of SO. Dispersion efficiency and colloidal stability behavior of ND particles are dominated markedly by the electrostatic, hydration and hydrophobic interactions among the modified particles.     

Polymer polarity and surfactant adsorption

The effect of polymer polarity on surfactant adsorption from aqueous solution is discussed. The analysis assumes that surfactant adsorption at the polymer–water interface follows a Langmuir-type adsorption isotherm and the free energy of adsorption is controlled by the interfacial tension of the interface. Saturation adsorption given by the area per molecule of surfactant at the critical micelle concentration (CMC) of the surfactant is related to the polymer–water interfacial tension and the polarity of the polymer surface, calculated from the polar and dispersion contributions to the polymer surface energy. Available data on the area per molecule of sodium lauryl sulfate on various polymer surfaces have been used to test satisfactorily the above analysis. The analysis is used to interpret some of the observations relating to surfactant adsorption encountered in the emulsion polymerization of polar monomers and particle size determination of latexes by the soap titration method. Further, potential utility of such area per molecule data to characterize the nature of polymer surfaces is also discussed.     

疏水型二氧化硅粒子对泡沫体系稳定性的影响

本文对市售二氧化硅粒子进行疏水改性,分别用改性前和改性后的二氧化硅粒子与十二烷基硫酸钠制备泡沫分散液,探讨了二氧化硅粒子亲、疏水性,粒子浓度,粒子在气/液界面膜上的吸附量以及动态拉伸条件下的液膜稳定性的变化规律。研究结果表明,在搅拌条件下,与改性后粒子相比,改性前粒子对维持泡沫体系的起泡性和稳定性作用较强。泡沫稳定性随二氧化硅粒子质量分数的增加而增大,在粒子浓度为0.05%时达到最大值。在拉伸条件下,改性后粒子对液膜稳定性的增强效果优于改性前粒子的作用。改性后二氧化硅粒子质量分数为0.05%的分散液的液膜拉伸最长。     

聚乙烯亚胺对Si3N4纳米微粒复合刷镀的影响

研究了聚乙烯亚胺对刷镀(Ni-P)-Si3N4纳米微粒复合镀液中Si3N4纳米微粒的分散性、刷镀层性能及结构的影响,并确定了聚乙烯亚胺在复合刷镀液中的最佳含量。结果表明,聚乙烯亚胺能有效阻止复合刷镀液中颗粒的絮凝、团聚,其用量对复合刷镀层中Si3N4含量、刷镀层硬度及耐磨性能有显著的影响。当其质量浓度为0.8 g/L时,获得了微粒均匀分散,稳定悬浮的复合刷镀液,复合刷镀层微观表面结构致密,微粒分布均匀,磨损量最小,显微硬度最大。     

表面活性剂对水性油墨胶体稳定性的影响

对阳离子、阴离子、两性和非离子表面活性剂对水性油墨胶体稳定性的影响进行了探讨。结果表明:(1)在水性油墨胶体溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)浓度为0.14 mmol/L时,Zeta电位由初始的-37.9 mV变为12.7 mV;当CTAB浓度为0.86 mmol/L时,Zeta电位上升到34.1 mV。pH对CTAB的作用效果有较大影响,当CTAB浓度为0.5 mmol/L时,将体系pH从初始值3.3调节至11.7,Zeta电位相应地从38.6 mV降至23.7 mV,炭黑粒子的平均粒径最大增加值达13 nm。(2)加入十二烷基磺酸钠(SDS)的浓度为1 mmol/L时,Zeta电位达到-38.2 mV,而炭黑粒子的平均粒径下降了2 nm。(3)加入椰油酰胺丙基氧化胺(CAPO)的浓度为0.01 mol/L时,Zeta电位在体系pH约为6.0时达到等电点;体系pH为3.2时,Zeta电位达到最大值28.5 mV,炭黑粒子平均粒径最大增加幅度为9 nm。(4)加入脂肪醇聚氧乙烯(7)醚(AEO-7)的浓度为0.1 mol/L时,体系Zeta电位从-37.9 mV变为-16.3 mV,炭黑粒子平均粒径从初始的154 nm增至240 nm。加入AEO-9得到与AEO-7相同的影响趋势。     

加压碳化体系对纳米碳酸钙粒度和分散性的影响

利用加压碳化体系制备粒径均一、高分散性纳米碳酸钙材料。考察氢氧化钙浓度、表面活性剂添加量、反应温度、CO2压力对制备纳米CaCO3粒子尺寸和分散程度的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对制备的纳米碳酸钙粒子进行表征。结果表明,最优加压碳化反应条件是Ca(OH)2质量浓度为2%、表面活性剂添加量为3%(占碳酸钙理论产量的百分比)、反应温度为40℃、CO2压力为6 MPa,所得立方形碳酸钙平均粒径为117 nm,晶型为方解石型碳酸钙。碳化反应加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)使CaCO3表面形成的正电荷增大至+37.7 mV并高于标准值30 mV,表明制备的CaCO3产品具有良好的分散性且稳定。通过FT-IR和Zeta电位对CTAB改性前后CaCO3纳米粒子进行表征,探讨了CTAB对合成纳米CaCO3分散性的影响机理,为纳米碳酸钙制备提供了一种新的方法。     

造纸用粉煤灰纤维的表面阳离子化改性

将粉煤灰纤维通过盐酸预处理后,采用低取代度季铵型阳离子淀粉对其进行表面阳离子化改性,研究了粉煤灰纤维的酸化条件筛选、阳离子化改性的工艺条件及纤维表面Zeta电位对其在水中分散的影响. 结果表明,经0.3 mol/L HCl预处理30 min后,常温下加入粉煤灰纤维质量3%的阳离子淀粉(水相浓度0.06%),作用40 min,所得阳离子化粉煤灰纤维的Zeta电位达最高值19.00 mV;由SEM观测到其包覆状况较好,水中分散和沉降实验证实了其表面Zeta电位越高,沉降时间越长,分散性越好,当Zeta电位增至17.20 mV以上时,纤维的抗絮凝性明显改善.     

Effects of polyethylenimine on the dispersibility of hollow silica nanoparticles

In this study, two different methods were applied to disperse hollow silica nanoparticles (HSNP); one employed polyethylenimine (PEI) as the dispersant during the synthesis processes for preparing HSNP, while the other added PEI into suspensions of the prepared HSNP and used milling treatment to achieve the desired dispersion. It was found that adding PEI during the synthesis process of HSNP had no noticeable improvement in the dispersion, while adding PEI into suspensions of the prepared HSNP and utilizing milling treatment resulted in remarkable dispersion improvement. Therefore, the latter was chosen as the method in dispersing HSNP suspensions. The adsorption of PEI on the surface of HSNP and the stability of the aqueous suspensions was investigated. The results indicated that the adsorption of PEI on the surface of HSNP would increase the repulsive energy among particles, hence reducing the agglomeration of HSNP and improving the stability of the aqueous suspensions. The change of HSNP’s ζ potential after adding PEI and the relationship between the adsorbed amount of PEI and pH were also investigated. Translated from Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities, 2006, 20(5): 752–758 [译自: 高校化学工程学报]